(57)【要約】【課題】  外気温が非常に低い場合、従来のエンジンにおいては失火やスモークの発生などを回避するために吸気を加熱しているが、燃費の悪化を招来する欠点があった。【解決手段】  本発明による吸気制御装置は、吸気通路１９に設けられて吸気弁１６の開閉タイミングに応じて開閉する吸気制御弁２４と、吸気通路１９内の吸気温を検出する吸気温センサ３２と、この吸気温センサ３２によって検出された吸気温が所定温度以下の場合、吸気制御弁２４の開弁時期が吸気弁１６の開弁時期よりも遅くなるように吸気制御弁２４を制御する制御手段２３，２５とを具える。【選択図】  図１
2006283632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に設けられて吸気弁の開閉タイミングに応じて開閉する吸気制御弁と、
前記吸気通路内の吸気温を検出する吸気温センサと、
この吸気温センサによって検出された吸気温が所定温度以下の場合、前記吸気制御弁の開弁時期が前記吸気弁の開弁時期よりも遅くなるように前記吸気制御弁を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする吸気制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、予め設定された機関の許容最大負圧となるような前記吸気制御弁の開弁時期を設定する第１開弁時期設定部を有することを特徴とする請求項１に記載の吸気制御装置。
【請求項３】
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段をさらに具え、前記制御手段は、
前記運転状態検出手段からの検出信号に基づき、エンジンが必要とする最低限の吸気量を導出する要求最低吸気量導出部と、
この要求最低吸気量導出部にて導出された要求最低吸気量を満たし、かつ前記第１開弁時期設定部にて設定された第１の開弁時期と同じか、これよりも早い前記吸気制御弁の第２の開弁時期を設定する第２開弁時期設定部と、
この第２開弁時期設定部にて設定された開弁時期にて前記吸気制御弁を開弁した場合に燃焼室に流入する吸気の予想上昇温度を前記吸気温センサからの検出信号に基づいて導出する予想吸気温導出部と、
前記運転状態検出手段からの検出信号に基づき、燃焼室に流入する吸気に求められる最低限の温度を設定する要求温度設定部と、
この要求温度設定部にて設定された要求温度と前記予想吸気温導出部にて導出された予想上昇温度とを比較する温度比較部と、
この温度比較部での比較結果に基づいて前記第１開弁時期設定部にて設定された第１の開弁時期を選択するか、または前記第２開弁時期設定部にて設定された第２の開弁時期を補正してこれを選択する開弁時期選択補正部と
を有し、前記第１開弁時期設定部は、前記要求最低吸気量導出部にて導出された要求最低吸気量を満たすような前記吸気制御弁の閉弁時期を併せて設定することを特徴とする請求項２に記載の吸気制御装置。
【請求項４】
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段をさらに具え、前記制御手段は、
前記運転状態検出手段からの検出信号に基づいて最低限の吸気量を導出する要求最低吸気量導出部と、
この要求最低吸気量導出部にて導出された要求最低吸気量を満たすような前記吸気制御弁の最も遅い開弁時期を設定する開弁時期設定部と、
この開弁時期設定部にて設定された開弁時期にて前記吸気制御弁を開弁した場合の燃焼室に流入する吸気の予想上昇温度を前記吸気温センサからの検出信号に基づいて導出する予想吸気温導出部と、
この予想吸気温導出部にて導出された吸気の予想上昇温度と燃焼室に流入する吸気の予め設定された要求温度とを比較する温度比較部と、
この温度比較部での比較結果に基づいて前記開弁時期設定部にて設定された開弁時期を補正する開弁時期補正部と
を有することを特徴とする請求項１に記載の吸気制御装置。
【請求項５】
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段をさらに具え、前記制御手段は、
この運転状態検出手段からの検出信号に基づいて最低限の必要空気量を導出する要求最低空気量導出部と、
前記運転状態検出手段からの検出信号に基づいて燃焼室内にて混合気が正常燃焼し得る最低限のスワール比を導出する要求最低スワール比導出部と、
これら要求最低空気量導出部にて導出された要求最低空気量および要求最低スワール比導出部にて導出された要求最低スワール比を同時に満たすような前記吸気制御弁の最も遅い開弁時期を設定する開弁時期設定部とを有することを特徴とする請求項１に記載の吸気制御装置。
【請求項６】
吸気弁の開閉タイミングに応じて開閉する吸気制御弁を吸気通路に設けたエンジンにおいて、
吸気温を検出するステップと、
吸気温が所定温度以下の場合、前記吸気制御弁を前記吸気弁の開弁時期よりも可能な限り遅く開弁させ、吸気の流速を高めて燃焼室内に流入する吸気の温度を上昇させるステップと
を具えたことを特徴とする吸気制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに対する吸気の制御装置およびその方法に関し、特に低温下での混合気の着火性および引火性を向上させたものである。
【背景技術】
【０００２】
外気温が非常に低い状態、例えば外気温が−２０℃前後におけるエンジンの運転時や、このような低温下でのエンジンの始動時には、燃焼室内の混合気の温度が低すぎて燃料の着火性および引火性が悪くなる。特に、このような不具合は点火プラグを持たないディーゼルエンジンにおいて顕著である。
【０００３】
このため、ディーゼルエンジンなどにおいてはグローやヒータなどを吸気通路に組み込み、この吸気通路内を流れる吸気を加熱できるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−９１２６６号公報
【特許文献２】特公平６−６３４５３号公報
【特許文献３】特開２０００−２４８９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
外気温が非常に低い状態におけるエンジンの運転時や、このような低温下でのエンジンの始動時には、燃焼室内の混合気の温度が低すぎて燃料の着火性および引火性が悪くなり、燃焼途中での失火やスモークの発生などの不具合を生ずる。
【０００６】
このような不具合を回避するため、グローやヒータなどを用いて吸気通路内を流れる吸気を加熱した場合、電力消費に伴って燃費が悪化してしまう。
【０００７】
本発明の目的は、外気温が非常に低い場合であっても、燃費の悪化を伴うことなく、失火やスモークの発生などを起こさない吸気制御装置およびその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の形態は、吸気通路に設けられて吸気弁の開閉タイミングに応じて開閉する吸気制御弁と、前記吸気通路内の吸気温を検出する吸気温センサと、この吸気温センサによって検出された吸気温が所定温度以下の場合、前記吸気制御弁の開弁時期が前記吸気弁の開弁時期よりも遅くなるように前記吸気制御弁を制御する制御手段とを具えたことを特徴とする吸気制御装置にある。
【０００９】
本発明においては、吸気温センサによって検出された吸気温が所定温度以下の場合、吸気制御弁の開弁時期が吸気弁の開弁時期よりも遅くなるように制御装置が吸気制御弁を制御する。この結果、吸気の流速が高まって燃焼室内に流入する吸気の温度が上昇する。
【００１０】
本発明の第１の形態による吸気制御装置において、制御手段は、予め設定されたエンジンの許容最大負圧となるような吸気制御弁の開弁時期を設定する第１開弁時期設定部を有するものであってよい。
【００１１】
この場合、本発明の第１の形態による吸気制御装置がエンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段をさらに具え、制御手段は、運転状態検出手段からの検出信号に基づき、エンジンが必要とする最低限の吸気量を導出する要求最低吸気量導出部と、この要求最低吸気量導出部にて導出された要求最低吸気量を満たし、かつ前記第１開弁時期設定部にて設定された第１の開弁時期と同じか、これよりも早い前記吸気制御弁の第２の開弁時期を設定する第２開弁時期設定部と、この第２開弁時期設定部にて設定された開弁時期にて吸気制御弁を開弁した場合に燃焼室に流入する吸気の予想上昇温度を吸気温センサからの検出信号に基づいて導出する予想吸気温導出部と、運転状態検出手段からの検出信号に基づき、燃焼室に流入する吸気に求められる最低限の温度を設定する要求温度設定部と、この要求温度設定部にて設定された要求温度と予想吸気温導出部にて導出された予想上昇温度とを比較する温度比較部と、この温度比較部での比較結果に基づいて第１開弁時期設定部にて設定された第１の開弁時期を選択するか、または第２開弁時期設定部にて設定された第２の開弁時期を補正してこれを選択する開弁時期選択補正部とをさらに有することができ、第１開弁時期設定部が要求最低吸気量導出部にて導出された要求最低吸気量を満たすような吸気制御弁の閉弁時期を併せて設定するものであってよい。
【００１２】
本発明の第１の形態による吸気制御装置がエンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段をさらに具え、制御手段は、この運転状態検出手段からの検出信号に基づいて最低限の吸気量を導出する要求最低吸気量導出部と、この要求最低吸気量導出部にて導出された要求最低吸気量を満たすような前記吸気制御弁の最も遅い開弁時期を設定する開弁時期設定部と、この開弁時期設定部にて設定された開弁時期にて前記吸気制御弁を開弁した場合の燃焼室に流入する吸気の予想上昇温度を前記吸気温センサからの検出信号に基づいて導出する予想吸気温導出部と、この予想吸気温導出部にて導出された吸気の予想上昇温度と燃焼室に流入する吸気の予め設定された要求温度とを比較する温度比較部と、この温度比較部での比較結果に基づいて前記開弁時期設定部にて設定された開弁時期を補正する開弁時期補正部とを有するものであってよい。
【００１３】
あるいは、本発明の第１の形態による吸気制御装置がエンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段をさらに具え、制御手段は、この運転状態検出手段からの検出信号に基づいて最低限の必要空気量を導出する要求最低空気量導出部と、前記運転状態検出手段からの検出信号に基づいて燃焼室内にて混合気が正常燃焼し得る最低限のスワール比を導出する要求最低スワール比導出部と、これら要求最低空気量導出部にて導出された要求最低空気量および要求最低スワール比導出部にて導出された要求最低スワール比を同時に満たすような前記吸気制御弁の最も遅い開弁時期を設定する開弁時期設定部とを有するものであってよい。
【００１４】
本発明の第２の形態は、吸気弁の開閉タイミングに応じて開閉する吸気制御弁を吸気通路に設けたエンジンにおいて、吸気温を検出するステップと、吸気温が所定温度以下の場合、前記吸気制御弁を前記吸気弁の開弁時期よりも可能な限り遅く開弁させ、吸気の流速を高めて燃焼室内に流入する吸気の温度を上昇させるステップとを具えたことを特徴とする吸気制御方法にある。
【００１５】
本発明の第２の形態による吸気制御方法において、エンジンの運転状態に応じた最低限の吸気量を確保するステップをさらに具えることができる。この場合、エンジンの運転状態に応じた最低限の吸気量を確保するステップは、前記吸気制御弁の閉弁時期を前記吸気弁の閉弁時期よりも遅く閉弁させるステップを含むものであってよい。あるいは、エンジンの運転状態に応じて燃焼室内にて混合気が正常燃焼し得る最低限のスワール比を確保するステップをさらに具えることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の吸気制御装置によると、吸気温センサによって検出された吸気温が所定温度以下の場合、吸気制御弁の開弁時期が吸気弁の開弁時期よりも遅くなるように吸気制御弁を制御するようにしたので、燃焼室に流入する吸気の流速を高めて燃焼室内に流入する吸気の温度を上昇させ、混合気の着火性および引火性を向上させることができる。
【００１７】
予め設定されたエンジンの許容最大負圧となるような吸気制御弁の開弁時期を設定する第１開弁時期設定部を制御手段が有する場合、燃焼室に流入する吸気の流速を最大限に高めて燃焼室内に流入する吸気の温度を上昇させ、混合気の着火性および引火性をより一層向上させることができる。
【００１８】
この場合、本発明の吸気制御装置がエンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段をさらに具え、制御手段が、運転状態検出手段からの検出信号に基づき、エンジンが必要とする最低限の吸気量を導出する要求最低吸気量導出部と、この要求最低吸気量導出部にて導出された要求最低吸気量を満たし、かつ第１開弁時期設定部にて設定された第１の開弁時期と同じか、これよりも早い吸気制御弁の第２の開弁時期を設定する第２開弁時期設定部と、この第２開弁時期設定部にて設定された開弁時期にて吸気制御弁を開弁した場合に燃焼室に流入する吸気の予想上昇温度を吸気温センサからの検出信号に基づいて導出する予想吸気温導出部と、運転状態検出手段からの検出信号に基づき、燃焼室に流入する吸気に求められる最低限の温度を設定する要求温度設定部と、この要求温度設定部にて設定された要求温度と予想吸気温導出部にて導出された予想上昇温度とを比較する温度比較部と、この温度比較部での比較結果に基づいて第１開弁時期設定部にて設定された第１の開弁時期を選択するか、または第２開弁時期設定部にて設定された第２の開弁時期を補正してこれを選択する開弁時期選択補正部とをさらに有し、第１開弁時期設定部が要求最低吸気量導出部にて導出された要求最低吸気量を満たすような吸気制御弁の閉弁時期を併せて設定することにより、エンジンの運転状態に応じた最低限の吸気量を確保しつつ、燃焼室に流入する吸気の流速を高めて燃焼室内に流入する吸気の温度を上昇させ、混合気の着火性および引火性を向上させることができる。
【００１９】
同様に、本発明の吸気制御装置がエンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段をさらに具え、また制御手段が、この運転状態検出手段からの検出信号に基づいて最低限の吸気量を導出する要求最低吸気量導出部と、この要求最低吸気量導出部にて導出された要求最低吸気量を満たすような吸気制御弁の最も遅い開弁時期を設定する開弁時期設定部と、この開弁時期設定部にて設定された開弁時期にて吸気制御弁を開弁した場合の燃焼室に流入する吸気の予想上昇温度を吸気温センサからの検出信号に基づいて導出する予想吸気温導出部と、この予想吸気温導出部にて導出された吸気の予想上昇温度と燃焼室に流入する吸気の予め設定された要求温度とを比較する温度比較部と、この温度比較部での比較結果に基づいて開弁時期設定部にて設定された開弁時期を補正する開弁時期補正部とを有する場合も同様に、エンジンの運転状態に応じた最低限の吸気量を確保しつつ、燃焼室に流入する吸気の流速を高めて燃焼室内に流入する吸気の温度を上昇させ、混合気の着火性および引火性を向上させることができる。
【００２０】
本発明の吸気制御装置がエンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段をさらに具え、また制御手段が、この運転状態検出手段からの検出信号に基づいて最低限の必要空気量を導出する要求最低空気量導出部と、運転状態検出手段からの検出信号に基づいて燃焼室内にて混合気が正常燃焼し得る最低限のスワール比を導出する要求最低スワール比導出部と、これら要求最低空気量導出部にて導出された要求最低空気量および要求最低スワール比導出部にて導出された要求最低スワール比を同時に満たすような吸気制御弁の最も遅い開弁時期を設定する開弁時期設定部とを有する場合、エンジンの運転状態に応じて燃焼室内にて混合気が正常燃焼し得る最低限のスワール比を確保しつつ、燃焼室に流入する吸気の流速を高めて燃焼室内に流入する吸気の温度を上昇させ、混合気の着火性および引火性を向上させることができる。
【００２１】
本発明の吸気制御方法によると、検出された吸気温が所定温度以下の場合、吸気制御弁を吸気弁の開弁時期よりも可能な限り遅く開弁させ、吸気の流速を高めて燃焼室内に流入する吸気の温度を上昇させるようにしたので、混合気の着火性および引火性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を圧縮点火機関であるディーゼルエンジンに応用した実施形態について、図１〜図１２を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態のみに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。
【００２３】
本実施形態におけるエンジンシステムの概念を図１に示し、このエンジンシステムにおける制御ブロックを図２に示す。本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１２内に直接噴射することにより、自然着火させる型式のものである。
【００２４】
燃焼室１２にそれぞれ臨む吸気ポート１３および排気ポート１４が形成されたシリンダヘッド１５には、吸気ポート１３を開閉する吸気弁１６および排気ポート１４を開閉する排気弁１７を含む動弁機構１８と、これら吸気弁１６および排気弁１７に挟まれるように燃焼室１２の上端中央に臨む燃料噴射弁１１とが組み込まれている。本実施形態における動弁機構１８は、吸気弁１６および排気弁１７の開閉タイミングが固定されたものであるが、エンジン１０の運転状態によってこれらの開閉タイミングを変更し得るものであってもよい。
【００２５】
吸気ポート１３に連通するようにシリンダヘッド１５に連結されて吸気ポート１３と共に吸気通路１９を画成する吸気管２０の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路１９に導くためのエアクリーナ２１が設けられている。吸気弁１６と吸気管２０の途中に形成されたサージタンク２２との間の吸気管２０の途中には、吸気弁１６の開閉時期に応じた所定のタイミングにてアクチュエータ２３により吸気通路１９を開閉し得る吸気制御弁２４が組み込まれている。エンジン１０が気筒当たり複数の吸気ポート１３をそれぞれ有する場合、吸気制御弁２４を各吸気ポート１３毎に独立して設け、各吸気ポート１３を個別に開閉することも可能であるが、個々の気筒を単位として吸気制御弁２４を開閉するようにしてもよい。これら吸気制御弁２４およびそのアクチュエータ２３は、吸気弁１６の開閉時期に応じて所望の時期に正確に吸気制御弁２４が開閉するように、極めて制御応答性の高いものである。
【００２６】
本実施形態における吸気制御弁２４は、車両の運転状態に基づき、例えばエンジン１０の低回転高負荷運転領域では吸気弁１６の開弁時期よりも遅く開弁し、そして吸気弁１６の閉弁時期に合わせて閉弁する一方、それ以外の運転領域では吸気弁１６の開閉動作に拘らず、基本的に常時全開状態となるように制御装置２５からの指令に基づき、アクチュエータ２３によってその開閉状態が制御される。この結果、エンジン１０の低回転高負荷運転領域ではエンジン１０の吸気行程の途中まで負圧状態となっている燃焼室１２内に吸気制御弁２４よりも上流側に位置する吸気通路１９内の空気が一気に流れ込み、一種の慣性過給効果により多量の空気を燃焼室１２内に充填させることが可能となる。換言すれば、この吸気制御弁２４を用いた過給においては、吸気の慣性と吸気制御弁２４よりも下流側に発生する負圧とを利用して制御の開始直後から実際の過給がなされることとなる。従って、ターボ過給方式などよりも制御の応答性に優れ、いわゆる車両の加速遅れを解消することができる。なお、このような吸気制御弁２４に関する基本的な技術は、２００３年フランクフルトモーターショーにて Siemens VDO Automotive AG から９月９日にプレス発表された "Impulses for Greater Driving Fun" に詳述されている。
【００２７】
排気ポート１４に連通するようにシリンダヘッド１５に連結されて排気ポート１４と共に排気通路２６を画成する排気管２７の途中には、燃焼室１２内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化する触媒２８が組み込まれている。
【００２８】
従って、エアクリーナ２１を通って吸気管２０から燃焼室１２内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に噴射される燃料と混合気を形成し、ピストン２９の圧縮上死点近傍にて自然着火して燃焼し、これによって生成する排気ガスが触媒２８を通って排気管２７から大気中に排出される。
【００２９】
本実施形態では、エンジン１０およびこのエンジン１０が搭載される車両の運転状態を把握して制御装置２５が燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量および噴射時期，吸気制御弁２４の作動を制御するため、以下に記すような各種センサ類を具えている。すなわち、運転者によって操作されるアクセルペダル３０の踏み込み量を検出してこれを制御装置２５に出力するアクセル開度センサ３１を具えている。また、吸気制御弁２４よりも下流側の吸気管２０の部分には、吸気通路１９内の吸気温ＴＳおよび吸気圧を検出してこれらを制御装置２５にそれぞれ出力する吸気温センサ３２および吸気圧センサ３３が取り付けられている。なお、吸気管２０に対する吸気温センサ３２の取り付け位置は、吸気制御弁２４よりも上流側であってもよく、図１の如き位置に限定されるものではない。さらに、ピストン２９が往復動するシリンダブロック３４には、連接棒３５を介してピストン２９が連結されるクランク軸３６の回転位置、つまりクランク角位相を検出してこれを制御装置２５に出力するクランク角センサ３７が取り付けられている。本実施形態においては、このクランク角センサ３７をエンジン回転数センサとして利用している。
【００３０】
制御装置２５は、これらセンサ３１〜３３，３７などからの検出信号に基づき、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１０の運転がなされるように、燃料噴射弁１１およびアクチュエータ２３などの作動を制御するようになっている。つまり、この制御装置２５がアクチュエータ２３と共に本発明の制御手段として機能する。本実施形態における制御装置２５は、アクセル開度センサ３１からの検出信号に基づいてエンジン１０の駆動トルク、つまり燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量を設定する燃料噴射量設定部３８と、この燃料噴射量設定部３８にて設定された燃料噴射量に対応した燃料の噴射時期を設定する噴射時期設定部３９と、予め設定されたエンジン１０の許容最大負圧Ｐ１となるような吸気制御弁２４の第１の開弁時期Ｃ１を設定する第１開弁時期設定部４０と、クランク角センサ３７からの検出信号に基づいて算出されるエンジン回転数およびアクセル開度センサ３１からの検出信号に基づき、エンジン１０が必要とする最低限の吸気量Ｇを導出する要求最低吸気量導出部４１と、この要求最低吸気量導出部４１にて導出された要求最低吸気量Ｇを満たし、かつ第１開弁時期設定部４０にて設定された第１の開弁時期Ｃ１と同じか、これよりも早い吸気制御弁２４の開弁時期Ｃ２を設定する第２開弁時期設定部４２と、この第２開弁時期設定部４２にて設定された第２開弁時期Ｃ２にて吸気制御弁２４を開弁した場合に燃焼室１２に流入する吸気の予想上昇温度ＴＭを吸気温センサ３２からの検出信号ＴＳに基づいて導出する予想吸気温導出部４３と、クランク角センサ３７からの検出信号に基づいて算出されるエンジン回転数およびアクセル開度センサ３１からの検出信号に基づき、燃焼室１２に流入する吸気に求められる最低温度ＴＯを設定する要求温度設定部４４と、この要求温度設定部４４にて設定された要求最低温度ＴＯと予想吸気温導出部４３にて導出された予想上昇温度ＴＭとを比較する温度比較部４５と、この温度比較部４５での比較結果に基づいて第１開弁時期設定部４０にて設定された第１開弁時期Ｃ１を選択するか、または第２開弁時期設定部４２にて設定された第２開弁時期Ｃ２を補正してこれを選択する開弁時期選択補正部４６とを有する。
【００３１】
上述した燃料噴射量設定部３８は、周知のようにエンジン回転数などに応じてあらかじめ設定された燃料の噴射量に関する図示しないマップを有している。燃料噴射量は、エンジン負荷と同義であるので、燃料噴射量の算出に代えてエンジン負荷を算出するようにしてもよい。
【００３２】
本実施形態における噴射時期設定部３９は、圧縮行程において圧縮上死点直前までに燃料の噴射が完了するように、燃料噴射量設定部３８にて算出される燃料噴射量に応じた噴射開始時期を設定するものであるが、複数回に分けて吸気行程と圧縮行程とで燃料を噴射する型式のものであってもよい。
【００３３】
吸気行程における燃焼室１２内の圧力の変化を図３に模式的に表す。この図３に示すように、吸気制御弁２４を閉じた状態ではピストン２９が上死点（ＴＤＣ）から下死点（ＢＤＣ）へと移動するに伴い、燃焼室１２内の圧力が急激に低下する。第１開弁時期設定部４０は、これがエンジン１０の破壊をもたらさない予め設定されたエンジン１０の許容最大負圧Ｐ１となるクランク角位相Ｃ１を吸気制御弁２４の第１開弁時期として設定する。この燃焼室１２内の圧力の変化は、シリンダヘッド１５に組み込まれる図示しない筒内圧センサを用いることによって検出することも可能であるが、吸気弁１６と吸気制御弁２４との間の吸気通路１９内の温度ＴＳおよび圧力を検出する吸気温センサ３２および吸気圧センサ３３からの検出信号に基づいて算出することも可能である。また、この第１開弁時期設定部４０は、要求最低吸気量導出部４１にて導出された要求最低吸気量Ｇを満たすような吸気制御弁２４の閉弁時期を併せて設定するようになっている。つまり、クランク角位相Ｃ１にて吸気制御弁２４を開弁すると共に吸気弁１６の閉弁時期に合わせて吸気制御弁２４を閉弁した場合、燃焼室１２内に導入される吸気が要求最低吸気量Ｇに達しない可能性がある。このような場合、吸気制御弁２４の閉弁時期を吸気弁１６の閉弁時期よりも遅く設定し、吸気弁１６の閉弁後に吸気弁１６と吸気制御弁２４との間の吸気通路１９に空気を充填しておき、次の吸気行程における吸気弁１６の開弁時に吸気制御弁２４が閉じた状態となっていても、吸気弁１６と吸気制御弁２４との間の吸気通路１９に充填された空気を燃焼室１２に導くことが可能となり、より多量の空気を燃焼室１２に供給することができる。特に、機械式またはターボ式過給装置などを搭載したエンジン１０においては、吸気弁１６と吸気制御弁２４との間の吸気通路１９内により多量の空気を充填させておくことが可能となり、都合がよい。
【００３４】
要求最低空気量導出部４３は、エンジン回転数と燃料噴射量、つまりエンジン１０の駆動トルクと要求最低空気量Ｇとを関連付けた図４に示す如きマップを有している。そして、クランク角センサ３７からの検出信号によって算出されるエンジン回転数と、燃料噴射量設定部３８から読み出される燃料噴射量とに基づき、この図４のマップから要求最低空気量Ｇを読み出す。
【００３５】
吸気行程におけるピストン２９のＴＤＣからＢＤＣに至る任意のクランク角位相にて吸気制御弁２４を開弁し、ＢＤＣにて閉弁した場合の吸気制御弁２４の開弁時期と吸入空気量との関係を図５に示す。この図５は、吸気制御弁２４の開弁時期が横軸のクランク角位相にて示され、吸気制御弁２４の開弁時期を変えることによって、吸入空気量も大きく変化することが理解されよう。第２開弁時期設定部４２は、要求最低空気量導出部４３にて導出された要求最低空気量Ｇを満たし、かつ第１開弁時期設定部４０にて設定された第１の開弁時期Ｃ１と同じか、あるいはこれよりも早い任意のクランク角位相を第２の開弁時期Ｃ２として読み出す。つまり、この第２の開弁時期Ｃ２は、ピストン２９の吸気上死点から第１の開弁時期Ｃ１までの間において、要求最低空気量Ｇを満たすような任意のクランク角位相を選択し得るが、本実施形態ではこの選択範囲で吸気量が最大となるクランク角位相を吸気制御弁２４の第２の開弁時期Ｃ２として設定する。
【００３６】
吸気制御弁２４の開弁時期とこれに応じて燃焼室１２に流入する吸気の温度上昇率との関係を図６に模式的に示す。本実施形態における予想吸気温導出部４３はこのようなグラフを具えており、第２開弁時期設定部４２によって設定された第２の開弁時期Ｃ２と、吸気温センサ３２からの検出信号ＴＳとを乗算して予想上昇温度ＴＭを算出する。
【００３７】
要求温度設定部４４は、エンジン回転数とアクセル開度と要求最低温度ＴＯとを関連付けた図７に示す如きマップを有しており、クランク角センサ３７からの検出信号によって算出されるエンジン回転数およびアクセル開度センサ３１によって検出されるアクセル開度に基づき、この図７のマップから要求最低温度ＴＯを読み出す。
【００３８】
予想吸気温導出部４３にて導出された予想上昇温度ＴＭが要求温度設定部４４にて設定された要求最低温度ＴＯ以上であると温度比較部４５が判定した場合、開弁時期選択補正部４６は、第２開弁時期設定部４２にて設定された第２の開弁時期Ｃ２を選択し、燃焼室１２内への吸気の流速が低下するように、つまり開弁時期が早まるようにこれを補正する。逆に、予想吸気温導出部４３にて導出された予想上昇温度ＴＭが要求温度設定部４４にて設定された要求最低温度ＴＯよりも低いと温度比較部４５が判定した場合、開弁時期選択補正部４６は、第１開弁時期設定部４０にて設定された第１の開弁時期Ｃ１を選択する。この場合、要求最低吸気量導出部４１にて導出された要求最低吸気量Ｇを満たすような吸気制御弁２４の閉弁時期も併せて選択する。
【００３９】
なお、第２の開弁時期Ｃ２を選択してこれを補正する場合、吸気通路１９内を流れる吸気の流速が低下すればよいので、吸気通路１９内にスロットル弁を取り付けたエンジン１０においては、このスロットル弁の開度を絞ることによっても、燃焼室１２に流入する吸気の流速を低下させることが可能である。
【００４０】
このような本実施形態における吸気制御は図８に示すフローチャートに従って行われる。まず、Ｓ１１のステップにて吸気温センサ３２によって検出された吸気温ＴＳが予め設定されたエンジン１０の始動性および燃料の着火引火性を実質的に損なうような所定温度ＴＲ以下であるか否かが判定される。
【００４１】
ここで、検出された吸気温ＴＳが所定温度ＴＲよりも高い、すなわち外気温がそれほど低温ではないと判断した場合には、本発明の対象とする吸気制御を行わずにこの制御を終了する。しかしながら、検出された吸気温ＴＳが所定温度ＴＲ以下である、すなわち外気温が低いので本発明の制御を行う必要があると判断した場合には、Ｓ１２のステップに移行して要求最低吸気量Ｇを算出し、Ｓ１３のステップにて吸気制御弁２４の第１の開弁時期Ｃ１と閉弁時期とを設定する。次に、Ｓ１４のステップにて吸気制御弁２４の第２の開弁時期Ｃ２を設定し、さらにＳ１５のステップにて吸気温センサ３２からの検出信号ＴＳに基づいて予想吸気温度ＴＭを算出する。しかる後、Ｓ１６のステップにて予想吸気温度ＴＭが要求最低温度ＴＯ以上であるか否かが判定される。
【００４２】
ここで、予想吸気温度ＴＭが要求最低温度ＴＯ以上である、つまり燃焼室１２内に流入する吸気の温度が上昇し過ぎると判断した場合には、Ｓ１７のステップに移行して吸気制御弁２４の第２開弁時期Ｃ２を早め、燃焼室１２内に流入する吸気の流速を低下させて予想吸気温度ＴＭを要求最低温度ＴＯ低下するように制御を行う。なお、この場合における吸気制御弁２４の閉弁時期は、吸気弁１６の閉弁時期と同じである。
【００４３】
一方、Ｓ１６のステップにて予想吸気温度ＴＭが要求最低温度ＴＯよりも低い、つまり燃焼室１２に流入する吸気の流速が充分ではなく、燃焼室１２の温度上昇が充分ではないと判断した場合には、Ｓ１８のステップに移行して第１の開弁時期Ｃ１を選択すると共に吸気制御弁２４の閉弁時期を吸気弁１６の閉弁時期よりも遅らせて吸入空気量の増大を図る。
【００４４】
このように、要求最低吸気量Ｇを満たすように吸気を制御することにより、極低温時のエンジン１０の始動性や着火性を確保しつつ、燃料の失火やスモークの発生を防止することが可能となる。換言すれば、このような不具合を考慮する必要がないのであれば、単に吸気制御弁２４を第１の開弁時期Ｃ１にて開弁するだけでも本発明を達成し得ることは言うまでもない。また、常に要求最低吸気量Ｇを満たすように吸気を制御する場合には、第２の開弁時期Ｃ２を基準として吸気制御弁２４を開弁することが望ましい。
【００４５】
このような本発明による吸気制御方法の他の実施形態の作業手順を図９のフローチャートに示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、Ｓ２１のステップにて吸気温センサ３２によって検出された吸気温ＴＳが予め設定された所定温度ＴＲ以下である、すなわち外気温が低いので本発明の制御を行う必要があると判断した場合には、Ｓ２２のステップに移行して要求最低吸気量Ｇを算出し、Ｓ２３のステップにて吸気制御弁２４の第２の開弁時期Ｃ２を設定し、さらにＳ２４のステップにて吸気温センサ３２からの検出信号ＴＳに基づいて予想吸気温度ＴＭを算出する。しかる後、Ｓ２５のステップにて予想吸気温度ＴＭが要求最低温度ＴＯ以上であるか否かが判定される。
【００４６】
ここで、予想吸気温度ＴＭが要求最低温度ＴＯ以上である、つまり燃焼室温度が上昇し過ぎると判断した場合には、Ｓ２６のステップに移行して第２開弁時期Ｃ２を早め、燃焼室１２内に流入する吸気の流速を低下させて予想吸気温度ＴＭが低下するように制御を行う。この吸気制御弁２４の閉弁時期が吸気弁１６の閉弁時期と同時期であることは、先の場合と同様である。
【００４７】
一方、Ｓ２５のステップにて予想吸気温度ＴＭが要求最低温度ＴＯよりも低い、つまり燃焼室１２に流入する吸気の流速が充分ではなく、燃焼室１２の温度上昇が充分ではないと判断した場合には、Ｓ２７のステップに移行して第２開弁時期Ｃ２を選択し、要求最低吸気量Ｇを満たすようにして燃料の失火やスモークの発生を確実に防止する。
【００４８】
ディーゼルエンジンでは、燃焼室１２内における吸気スワールの形成が非常に重要な場合が多い。上述した吸気制御弁２４の開弁に伴って吸気の流速が高まるため、これに伴って燃焼室１２に形成される吸気スワールも影響を受ける。従って、燃焼室１２における吸気スワールの形成を考慮して上述した吸気制御を行うことも有効である。
【００４９】
このような観点に着目した本発明による吸気制御装置における吸気に関する制御ブロックを図１０に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施形態における制御装置２５には、クランク角センサ３７からの検出信号によって得られるエンジン回転数とアクセル開度センサ３１からの検出信号によって得られるアクセル開度とに基づいて燃焼室１２内にて混合気が正常燃焼し得る最低限のスワール比Ｓを導出する要求最低スワール比導出部４７が設けられており、開弁時期設定部４８は、この要求最低スワール比導出部４７にて導出される要求最低スワール比Ｓと、要求最低吸気量導出部４１から導出される要求最低吸気量Ｇとを同時に満たすような吸気制御弁２４の最も遅い開弁時期を設定する。
【００５０】
要求最低スワール比導出部４７は、エンジン回転数とアクセル開度と要求最低スワール比Ｓとを関連付けた図１１に示す如きマップを有している。そして、クランク角センサ３７からの検出信号によって算出されるエンジン回転数と、アクセル開度センサ３１から読み出されるアクセル開度とに基づき、この図１１のマップから要求最低スワール比Ｓを読み出す。
【００５１】
開弁時期設定部４８は、吸気制御弁２４の開弁時期とスワール比とを関連付けた図１２に示す如きマップを有しており、要求最低スワール比導出部４７から導出された要求最低スワール比Ｓを満たすような最も遅い開弁時期Ｃを図１２のマップから読み出す。一方、要求最低吸気量導出部４１から導出される要求最低吸気量Ｇを満たすような最も遅い開弁時期Ｃ０を図５のマップから読み出し、これらを比較して早い方の開弁時期を吸気制御弁２４の最終的な開弁時期として選択する。
【００５２】
このように、要求最低空気量Ｇと要求最低スワール比Ｓとを同時に満たすように吸気制御弁２４の最も遅い開弁時期を設定することにより、極低温時のエンジン１０の始動性や着火性を確保しつつ、所定の吸気スワールを燃焼室１２に形成して燃料の失火やスモークの発生を防止することが可能となる。
【００５３】
上述した実施形態では本発明を圧縮点火機関に応用した場合について説明したが、ガソリンやアルコールまたはＬＰＧ（液化天然ガス）などを燃料として点火プラグを用いる直噴形式の火花点火機関に対しても有効であり、アクセル開度に対して独立にスロットル弁の開度を制御することによってもディーゼルエンジンの場合と同様な効果を得ることができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明をディーゼルエンジンに応用した一実施形態のシステム概念図である。
【図２】図１に示したディーゼルエンジンの制御ブロック図である。
【図３】吸気制御弁を閉弁した状態での吸気行程における燃焼室内の圧力の変化を表すグラフである。
【図４】エンジン回転数とアクセル開度と要求最低吸気量との関係を表す等高線マップである。
【図５】エンジンの吸気行程にて吸気制御弁の開弁時期を変更した場合における吸入空気量の変化を表すマップである。
【図６】吸気制御弁の開弁時期と燃焼室内における吸気の温度上昇率との関係を表すグラフである。
【図７】エンジン回転数とアクセル開度と要求温度との関係を表す等高線マップである。
【図８】図１に示したディーゼルエンジンにおける吸気制御の手順を表すフローチャートである。
【図９】本発明による吸気制御方法の他の実施形態における手順を表すフローチャートである。
【図１０】本発明による吸気制御装置の別な実施形態における吸気に関する制御ブロック図である。
【図１１】エンジン回転数とアクセル開度と要求最低スワール比との関係を表す等高線マップである。
【図１２】吸気制御弁の開弁時期とスワール比との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
１０  エンジン
１１  燃料噴射弁
１２  燃焼室
１３  吸気ポート
１４  排気ポート
１５  シリンダヘッド
１６  吸気弁
１７  排気弁
１８  動弁機構
１９  吸気通路
２０  吸気管
２１  エアクリーナ
２２  サージタンク
２３  アクチュエータ
２４  吸気制御弁
２５  制御装置
２６  排気通路
２７  排気管
２８  触媒
２９  ピストン
３０  アクセルペダル
３１  アクセル開度センサ
３２  吸気温センサ
３３  吸気圧センサ
３４  シリンダブロック
３５  連接棒
３６  クランク軸
３７  クランク角センサ
３８  燃料噴射量設定部
３９  噴射時期設定部
４０  第１開弁時期設定部
４１  要求最低吸気量導出部
４２  第２開弁時期設定部
４３  予想吸気温導出部
４４  要求温度設定部
４５  温度比較部
４６  開弁時期選択補正部
４７  要求最低スワール比導出部
４８  開弁時期設定部
Ｐ１   許容最大負圧
Ｃ０   開弁時期
Ｃ１   第１開弁時期
Ｃ２   第２開弁時期
Ｇ  要求最低吸気量
ＴＳ   吸気温
ＴＲ   所定温度
ＴＭ   予想上昇温度
ＴＯ   要求最低温度
Ｓ  スワール比
【図１】
2006283632.tif 000003
【図２】
2006283632.tif 000004
【図３】
2006283632.tif 000005
【図４】
2006283632.tif 000006
【図５】
2006283632.tif 000007
【図６】
2006283632.tif 000008
【図７】
2006283632.tif 000009
【図８】
2006283632.tif 000010
【図９】
2006283632.tif 000011
【図１０】
2006283632.tif 000012
【図１１】
2006283632.tif 000013
【図１２】
2006283632.tif 000014